烤煙型細支與常規卷煙煙氣中9種主要成分的逐口釋放量比較

劉 琪 馬夢婕 龔珍林 袁益來 朱懷遠 吳 洋 廖惠云

(江蘇中煙工業有限責任公司，江蘇 南京 210019)

卷煙煙氣成分復雜，一般將焦油、煙堿、CO、HCN、NH3、NNK、B[a]P、苯酚和巴豆醛9種主要成分作為表征卷煙煙氣危害體系的化合物，并對常規卷煙煙氣及逐口煙氣釋放量進行了大量研究[1-3]。相比于常規卷煙，細支卷煙具有圓周小、焦油和煙堿量較低等特點[4-5]，在滿足消費者吸食需求基礎上，其煙葉原料和輔材耗料明顯降低，煙氣中危害物質釋放量更少。近年來，中國細支卷煙發展迅速[6]，但關于細支卷煙主流煙氣中有害成分釋放量的研究相對較少。Siu等[4]研究表明超細卷煙主流煙氣的一氧化碳、羰基化合物及芳香胺等多種有害成分釋放量明顯降低；Ashley等[7]研究發現HCI、MASS、ISO 3種抽吸模式下，較細煙支所產生的一氧化碳、乙醛、氫氰酸、苯及煙草特有亞硝胺的含量較少。甘學文等[8]對比研究了ISO模式和HCI模式對超細卷煙常規成分的影響；劉彤等[9]基于單光子飛行時間質譜在線逐口分析了細支煙主流煙氣中7種揮發性有機化合物；田忠等[10]探索了制絲關鍵工序對細支卷煙燃燒溫度、煙氣成分以及感官質量的影響；邊照陽等[5]研究了ISO模式和HCI模式下細支卷煙主流煙氣中15種有害成分的釋放量規律；葛暢等[11]從單支卷煙和單位焦油的角度考察了細支和常規卷煙主流煙氣常規指標及中性致香成分的差異；施豐成等[12]對比分析了接裝紙透氣度變化對常規、中支及細支卷煙物理指標、感官質量、煙氣指標、煙氣化學成分的影響；廖惠云等[13]考察了細支與常規卷煙主流煙氣中生物堿的逐口釋放量變化，并對8個不同卷煙樣品進行了對比分析；楊松等[14]探討了細支和常規卷煙主流煙氣常規成分和5種關鍵烤煙甜香味成分逐口釋放量的差異；袁海霞等[15]設計了適應細支卷煙大流量葉絲風選的三級柔性風選系統。丁美宙等[16]對比研究了絲狀梗絲和片狀梗絲與葉絲在加工過程中的混合均勻性,以及2種梗絲對細支卷煙物理、煙氣、有害成分釋放、感官、燃燒等方面及質量穩定性的影響。

細支卷煙煙支細長、橫截面小、吸阻較大、抽吸氣流速度大，理論上決定了煙氣逐口成分釋放規律區別于常規卷煙，但目前還缺乏實際的數據支撐[11]。因此，在保持配方煙絲一致和輔材盡量相同的情況下，試驗擬以典型的不同盒標焦油量烤煙型細支卷煙和常規卷煙為對象，考察逐口煙氣中焦油、煙堿及7種危害性指標釋放量的規律，并對比分析圓周對逐口煙氣釋放量的影響，旨在進一步了解細支卷煙的煙氣釋放特征。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 卷煙樣品

34個不同品牌規格細支卷煙、85個不同品牌規格常規卷煙：江蘇中煙工業有限責任公司；

典型烤煙型細支卷煙、常規卷煙：按同一配方煙絲卷制而成，相關參數見表1。

表1 試驗卷煙物理指標及盒標煙氣指標

1.1.2 試劑

正十七烷：標準物質，日本TCI 公司；

煙堿：標準物質，加拿大TRC 公司；

B[a]P、B[a]P-d12(內標)：標準物質，美國Sigma公司；

苯酚：標準物質，美國AccuStandard公司；

NNK、NNK-d4(內標)：標準物質，德國Dr. Ehrenstorfer 公司；

環己烷、乙醇、異丙醇、甲基磺酸：色譜純，德國Chemicell公司；

超純水：電阻率18.2 MΩ·cm，自制；

2，4-二硝基苯肼、吡啶：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

鄰苯二甲酸氫鉀：分析純，天津市光復科技發展公司；

氫氧化鈉：分析純，重慶川東化工集團有限公司；

氯胺-T：分析純，成都市科龍化工試劑廠；

1，3-二甲基巴比妥酸：分析純，美國Alfa Aesar公司；

鹽酸：分析純，德國CNW公司；

乙酸銨：分析純，上海晶純生化科技股份有限公司。

1.1.3 主要儀器設備

轉盤式吸煙機：RM20H型，德國Borgwaldt公司；

氣相色譜儀：7890A型，美國Agilent公司；

氣相色譜質/譜聯用儀：7890A/5975C型，美國Agilent公司；

高效液相色譜儀：1200型，美國Agilent公司；

連續流動分析儀：SAN++型，荷蘭Skalar公司；

離子色譜儀：ICS-5000型，美國Dionex公司；

液相色譜/三重四極桿質譜聯用儀：1260/6460型，美國Agilent公司；

旋轉蒸發儀：R-215型，瑞士Büchi 公司；

回旋式振蕩器：HY-5A型，金壇市旭生儀器廠；

超聲波發生器：KQ-500DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

超純水系統：Milli-Q Reference型，美國Millipore公司；

電子天平：T201型，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 方法

參照GB/T 16447—2004的方法平衡卷煙樣品。ISO模式下，根據GB/T 19609—2004對34個細支卷煙和85個常規卷煙樣品進行抽吸，采集樣品抽吸口數，并用吸煙機標配的逐口捕集單元(劍橋濾片)捕集卷制的細支和常規卷煙主流煙氣粒相物中焦油、煙堿，以及NNK、B[a]P、苯酚和巴豆醛6種目標成分，采用遞減法逐口捕集主流煙氣中CO、HCN和NH3，其中使用劍橋濾片和吸收瓶捕集氣、粒相物中HCN和NH3。主流煙氣中目標物的處理手段及分析方法見表2。

表2 卷煙主流煙氣中9種主要成分逐口釋放量測試方法

1.3 數據處理

所有樣品平行測定兩次。采用SPSS 19.0軟件對不同圓周卷煙抽吸口數對比、成分逐口釋放量數據描述統計，以及成分逐口釋放量與抽吸口數的相關性進行系統分析；采用Microsoft Excel軟件對成分逐口釋放特征進行比較。

2 結果與討論

2.1 不同圓周卷煙抽吸口數對比

由圖1可知，細支卷煙和常規卷煙樣品平均抽吸口數分別為5.49，6.72，細支卷煙抽吸口數約為常規卷煙的82%，t檢驗結果顯示P=0.000(雙側)<0.05，說明細支卷煙與常規卷煙抽吸口數量存在極顯著差異，可能是細支卷煙圓周較常規卷煙大幅降低，圓周與煙柱截面積比值增大，抽吸期間更大比例的煙草與外部空氣接觸，導致抽吸和陰燃期間煙柱長度的消耗速率(直線燃燒速率)上升。后續可規定細支卷煙和常規卷煙的抽吸口數分別為5，6口。

圖1 ISO抽吸模式下的抽吸口數分布直方圖

2.2 主要成分逐口釋放量數據描述統計

由表3可知，不同卷煙樣品主流煙氣中9種目標成分的逐口釋放量變化較大，細支卷煙主流煙氣中各目標成分的釋放量均值均小于常規卷煙，其釋放量中位數、最小值、最大值及逐口釋放量總和也均小于常規卷煙，與Siu等[4，17]的結論相符。經估算，以樣品卷煙的煙絲質量/抽吸口數，得出細支卷煙單口煙氣中配方煙絲的平均燃燒消耗值約為常規卷煙的66%，間接佐證了Perfetti等[18]指出的有關隨著煙支圓周的下降，抽吸和陰燃期間煙柱長度的消耗速率(直線燃燒速率)上升，而煙柱質量的消耗速率(質量燃燒速率)下降的結果。相比于常規卷煙，抽吸期間配方煙絲燃燒消耗值的降低，使得細支卷煙逐口煙氣中的焦油、煙堿、CO等主要有害成分釋放量也隨之下降。

表3 逐口煙氣中9種主要成分描述統計結果?

細支卷煙中焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH37種成分的極差、均值、標準誤差、方差均小于常規卷煙。綜合離散指標結果，說明焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH37種成分在細支卷煙逐口煙氣之間的釋放量波動較常規卷煙更為穩定，而CO和巴豆醛的則相反，主要原因可能源于不同圓周卷煙之間主流煙氣中氣、粒兩相的物質遞送存在差異。研究[19]表明，焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚以及HCN、NH3等成分均全部或大部分分布于主流煙氣粒相中，而CO和巴豆醛則分布于氣相中，加之細支卷煙吸阻及其波動性較常規卷煙大，對逐口煙氣遞送中氣相物質的影響可能甚于粒相物質，進而使得CO和巴豆醛在細支卷煙煙氣逐口釋放波動較常規卷煙大，而其他7種成分則相反。

此外，常規卷煙的CO和細支卷煙的巴豆醛分別存在眾數，僅說明該樣品煙氣中此成分逐口釋放量一定程度上較其他成分變化小，關于細支與常規卷煙在該統計指標之間的差異有待進一步研究。

2.3 主要成分逐口釋放特征比較

由圖2可知，隨著抽吸口數的增加，除個別數據(細支卷煙中第5口苯酚釋放量)外，細支卷煙和常規卷煙主流煙氣中的焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH38種成分大體呈逐步增加的趨勢，而巴豆醛第1口的釋放量大于第2口，與文獻[20]的結論較為一致，而與文獻[21]中有關巴豆醛第1口釋放量的結論不一致，可能與卷煙燃吸所采用的點燃方式不同有關。除少部分口數釋放量(巴豆醛和HCN的第4口、第5口，以及NH3的第5口)外，細支卷煙的其余絕大部分逐口釋放量均小于常規卷煙，各成分逐口釋放量總和均小于常規卷煙，說明相比于常規卷煙，細支卷煙煙氣中有害成分的釋放量有不少幅度降低。

圖2 逐口煙氣中9種主要成分的逐口釋放量及總釋放量

2.4 主要成分逐口釋放量與抽吸口數的相關性

由表4可知，細支卷煙中9種主要成分逐口釋放量與抽吸口數相關性系數為0.608～0.986，表明整體上細支卷煙煙氣中9種主要成分的單口煙氣釋放量隨抽吸口數遞增而增加，其中焦油、B[a]P呈極顯著正相關，煙堿、CO、NNK、HCN和NH3呈顯著正相關，苯酚和巴豆醛的正相關性一般。常規卷煙的相關性系數除巴豆醛為0.009 外，其他的為0.867～0.992，其中焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P 和NH3呈極顯著正相關，苯酚和HCN呈顯著正相關，巴豆醛的正相關性較小。相比于細支卷煙，常規卷煙煙氣中9種主要成分的單口煙氣釋放量隨抽吸口數遞增而增加的趨勢整體上更顯著。

表4 主要成分逐口釋放量與抽吸口數的相關性?

不同圓周卷煙焦油逐口釋放量與抽吸口數存在極顯著正相關。由偏相關統計可知，相比于無控制焦油情況下，細支卷煙中煙堿、CO、NNK、苯酚的相關性均發生了正負反轉，B[a]P的相關性稍有降低，巴豆醛的變化較小， HCN和NH3的變化為極顯著正相關。常規卷煙中僅煙堿和苯酚的相關性發生了正負反轉，巴豆醛的相關性有所增加，其余各指標則略有不同程度的降低。綜上，焦油對細支卷煙中主要成分逐口釋放量與抽吸口數之間相關性的影響更甚于常規卷煙。

3 結論

以同一烤煙型配方煙絲的細支卷煙和常規卷煙為對象，量化分析逐口煙氣中焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛、HCN和NH39種主要成分的釋放量，并從不同圓周卷煙抽吸口數、逐口數據描述統計、逐口釋放量特征，以及逐口釋放量與抽吸口數之間的相關性等角度考察了細支卷煙與常規卷煙之間的差異。結果表明：① 細支卷煙和常規卷煙的平均抽吸口數存在極顯著差異，分別為5.49，6.72口，各成分在細支卷煙中的逐口釋放量及其總量均低于常規卷煙；② 細支卷煙中焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH3等成分的波動小于常規卷煙，而CO和巴豆醛的則相反；③ 隨著抽吸口數的增大，細支卷煙和常規卷煙中的焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH3等成分大體呈逐步增加的趨勢，唯獨巴豆醛的第1口釋放量大于第2口；④ 常規卷煙煙氣中9種主要成分的單口煙氣釋放量隨抽吸口數遞增而增加的趨勢整體上更顯著于細支卷煙，而在控制焦油情況下，細支卷煙各成分逐口釋放量與抽吸口數相關性發生變化的程度更甚于常規卷煙。